[发明专利]一种耐高温的轻质金属包层材料及其制备方法

说明书

本发明是一种耐高温的轻质金属包层材料及其制备方法，该包层材料为三层结构，外层为耐高温金属材料，内层为轻质金属材料，中间层为缓释隔离层；该种包层材料的制备是将外层耐高温金属材料作为热等静压包套，通过热等静压扩散连接实现三层材料之间的成形。其优点在于该包层材料具有低的比重，以及很好的抗高温氧化、烧蚀性能。

技术领域

本发明是一种耐高温的轻质金属包层材料及其制备方法，属于材料的成型技术领域。

背景技术

随着航空、航天飞行器及动力装置性能不断提高，对高温材料的性能提出了更高的要求，如前缘、翼面、鼻锥等部位，服役温度达到1000℃以上，并需要高的强度、韧性、抗氧化性能、抗烧蚀性能以及更低的比重以及低的制造成本。现有较成熟材料难以同时达到上述性能的平衡，陶瓷基复合材料具有很好的耐高温性能，但成本高昂、脆性大，容易断裂；高温合金具有较高的高温性能，但密度很高；钛合金及TiAl系金属间化合物具有低的密度及较高的高温性能，但在1000℃以上使用时抗氧化、抗烧蚀性能不足。因此，各种材料的组合成为了适应应用需求的重要选择。

发明内容

本发明正是针对上述现有技术中存在的不足而设计提供了一种耐高温的轻质金属包层材料及其制备方法，其目的是使该种耐高温的轻质金属包层材料既满足温度1000℃以上适用的抗氧化性、抗烧蚀性及强韧性要求，又适应航空航天轻量化应用需求。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明技术方案提供了一种耐高温的轻质金属包层材料，其特征在于：该包层材料为三层结构，外层为耐高温金属材料，内层为轻质金属材料，中间层为缓释隔离层；

所述耐高温金属材料为镍基或钴基高温合金，轻质金属材料为高温钛合金，缓释隔离层为高温惰性金属、陶瓷或陶瓷金属材料。

在一种实施中，所述高温钛合金为Ti3Al合金、Ti2AlNb合金、TiAl合金或钛合金复合材料。

在一种实施中，缓释隔离层的材料为钼、锆、钒、铬、钨、钽、氧化铝、氧化锆、氧化钇或氮化硼中的一种或几种的混合物。

在一种实施中，所述外层的耐高温金属材料的厚度为0.5～5毫米。

在一种实施中，内层的轻质金属材料的厚度小于5毫米。

在一种实施中，作为中间层的缓释隔离层的厚度为0.05～3mm。

本发明技术方案所述耐高温的轻质金属包层材料的三层结构中，内层钛基材料具有轻质及高温高强度的特点，但高温机械或高速气流冲击作用下有产生钛火的问题，无法适应1000℃以上相应服役条件的使用要求，而镍基或钴基高温合金在具有良好的高温性能抗氧化及抗烧蚀性能，但比重大，密度是钛基材料的大150～220％，采用全镍基或钴基高温合金不利于减重。若直接将上述两种材料进行复合，接触界面在1000℃以上高温会发生共晶反应，导致材料及构件失效。鉴于此，在上述两种材料之间引入缓释隔离层，避免二者之间接触，从而避免发生上述反应。

本发明技术方案还提供了一种制备上述的耐高温的轻质金属包层材料的方法，该方法采用热等静压技术，热等静压技术是用于制造金属材料的部件的常规方法。该方法允许以近净形制造复杂部件且还允许将不同材料集成到同一产品中，该方法以金属粉末填充界定部件的最终形状的钢制包套，通过高温和高压使得金属粉末颗粒结合成固体部件，该方法的具体步骤如下：

步骤一、按照需制备的制件的形状及结构设计包套，并将作为外层的耐高温金属材料加工成包套组件，包套壁厚0.5～5mm，包套外形尺寸比制件尺寸大0.5-3mm；

步骤二、采用内层轻质金属为原材料，根据制件形状加工预制芯部毛坯，并使芯部毛坯外壁与包套内壁之间留有0.05～3mm间隙；